(57)【要約】【課題】シールド効果を損なうことなく、製造性の向上を図った超電導磁気シールド構造体を提供する。【解決手段】円筒形状を有した第１の基材１３に第１の超電導体１４が形成された構成を有する第１の超電導シールド体１２Ａ〜１２Ｅを複数積み重ねてなる磁気シールド構造体本体１１と、円筒形状を有した第２の基材１６に第２の超電導体１７が形成された構成を有すると共に積み重ねられた第１の超電導シールド体１２Ａ〜１２Ｅの突合せ位置をシールドする第２の超電導シールド体１５Ａ〜１５Ｄとを有した超電導磁気シールド構造体であって、磁気シールド構造体本体１１の両端開口部１９Ａ，１９Ｂの近傍に位置する第２の超電導シールド体１５Ａ，１５Ｄを開口部１９Ａ，１９Ｂまで延出させた構成とする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形状を有した第１の基材に第１の超電導体が形成された構成を有する第１の超電導シールド体を複数積み重ねてなる磁気シールド構造体本体と、
円筒形状を有した第２の基材に第２の超電導体が形成された構成を有すると共に、積み重ねられた前記第１の超電導シールド体の突合せ位置をシールドする第２の超電導シールド体とを有しており、
前記磁気シールド構造体本体の両端開口部の近傍に位置する前記第２の超電導シールド体を、前記開口部まで延出させた構成としたことを特徴とする超電導磁気シールド構造体。
【請求項２】
前記磁気シールド構造体本体の両端開口部に位置する前記第１の超電導シールド体の前記第１の超電導体の厚さを、前記磁気シールド構造体本体の中央に位置する前記第１の超電導シールド体の前記第１の超電導体の厚さに対して厚くしたことを特徴とする請求項１記載の超電導磁気シールド構造体。
【請求項３】
各々の前記第１の超電導シールド体内において、前記第１の超電導体は一体で均一の厚さとなるよう構成されていることを特徴とする請求項２又は３記載の超電導磁気シールド構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超電導磁気シールド構造体に係り、特に円筒形状の基材に超電導材を膜形成した超電導磁気シールド体により磁気シードを行う超電導磁気シールド構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、脳磁計や心磁計のような微弱磁場を計測する微弱磁場計測装置は、地磁気等の外部磁場が印加された場合、これを外乱として計測してしまう。このため、外乱が微弱磁場計測装置に悪影響を及ぼさないように微弱磁場計測装置を外乱となる外部磁場から遮蔽する磁気シールド体の内部に配置し、これにより微弱磁場を計測することが行われている。
【０００３】
この磁気シールド体としては、筒状基材にマイスナー効果を有する超電導体を配設した構成の超電導磁気シールド体が知られている。この超電導磁気シールド体では、地磁気等が印加された際、超電導体が有する完全反磁性により対象空間の磁場を遮蔽する。これにより、地磁気等の外部磁場に影響されることなく、微弱磁場を計測することが可能となる。
【０００４】
しかしながら、筒状である超電導磁気シールド体に印加される磁場の磁束密度は、その全体に亘り均一ではない。超電導磁気シールド体の開口部から侵入した外部磁場の磁束は、その中央に向かうにつれて指数関数的に減少する。一方、外部磁場に対するシールド効果は、超電導体の膜厚を厚くするほど大きくなることが知られている。
【０００５】
このため、外部磁場が大きく影響する超電導磁気シールド体の開口部近傍においては超電導体を厚い膜厚で形成し、中央においては超電導体を薄い膜厚で形成することが提案されている（特許文献１参照）。これにより、シールド効果を損なうことなく超電導体の使用量を低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０６−０６１６８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示された発明では、超電導磁気シールド体を構成する筒状基材は一体物であり、よって超電導体もこの筒状基材に膜形成された構成とされていた。このため、特許文献１に開示された発明では、必然的に超電導体の厚さを中央で薄く開口部近傍では厚く形成する必要があり、この超電導体の形成が困難であるという問題点があった。
【０００８】
また、超電導体の形成が困難であるため特許文献１に開示された発明では超電導体の不良が発生し易いが、従来では筒状基材が分割されておらず一体的なものであったため、超電導体の不良が発生した場合は超電導磁気シールド体の全体が廃棄処理となり、製造リスクが大きいという問題点があった。
【０００９】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、シールド効果を損なうことなく、製造性の向上を図った超電導磁気シールド構造体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題は、第１の観点からは、
円筒形状を有した第１の基材に第１の超電導体が形成された構成を有する第１の超電導シールド体を複数積み重ねてなる磁気シールド構造体本体と、
円筒形状を有した第２の基材に第２の超電導体が形成された構成を有すると共に、積み重ねられた前記第１の超電導シールド体の突合せ位置をシールドする第２の超電導シールド体とを有しており、
前記磁気シールド構造体本体の両端開口部の近傍に位置する前記第２の超電導シールド体を、前記開口部まで延出させた構成としたことを特徴とする超電導磁気シールド構造体により解決することができる。
【００１１】
また上記発明において、
前記磁気シールド構造体本体の両端開口部に位置する前記第１の超電導シールド体の前記第１の超電導体の厚さを、前記磁気シールド構造体本体の中央に位置する前記第１の超電導シールド体の前記第１の超電導体の厚さに対して厚くした構成としてもよい。
【００１２】
更に上記発明において、
各々の前記第１の超電導シールド体内において、前記第１の超電導体は一体で均一の厚さとなるよう構成してもよい。
【発明の効果】
【００１３】
開示の発明によれば、外部磁場による磁束密度が最も大きい磁気シールド構造体本体の両端開口部の近傍においては、第１の超電導シールド体と第２の超電導シールド体が重なった状態となり、よって第１の超電導体と第２の超電導体も重なった状態となるため、実質的な超電導体の厚さが大となり、外部磁場を確実にシールドすることが可能となる。
【００１４】
また、第１及び第２の超電導体に仮に不良が発生しても、不良が発生した超電導シールド体のみを交換すればよいため、製造リスクの低減を図ることができる。更に、複数積み重ねた磁気シールド構造体本体とすることにより、両端開口部の厚さを容易に厚くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態である超電導磁気シールド構造体の斜視図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施形態である超電導磁気シールド構造体の断面図である。
【図３】図３は、本発明の第２実施形態である超電導磁気シールド構造体の断面図である。
【図４】図４は、本発明の第２実施形態の変形例である超電導磁気シールド構造体の斜視図である。
【図５】図５は、本発明の第２実施形態の変形例である超電導磁気シールド構造体の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。
【００１７】
図１及び図２は、本発明の第１実施形態である超電導磁気シールド構造体１０Ａを説明するための図である。図１は超電導磁気シールド構造体１０Ａの斜視図であり、図２は超電導磁気シールド構造体１０Ａの断面図である。
【００１８】
超電導磁気シールド構造体１０Ａは、大略すると磁気シールド構造体本体１１と複数（本実施形態では４個）の第２の超電導磁気シールド体１５Ａ〜１５Ｄとにより構成されている。この超電導磁気シールド構造体１０Ａは、例えば脳磁計や心磁計等の微弱磁場を計測する微弱磁場計測装置（図示せず）が内部中央位置に装着される。
【００１９】
超電導磁気シールド構造体１０Ａは動作時において冷却され、磁気シールド構造体本体１１及び第２の超電導磁気シールド体１５Ａ〜１５Ｄに設けられた超電導体１４，１７（これについては、後述する）を臨界温度以下に冷却する。これにより、超電導体１４，１７は超電導状態となり、外部磁界の磁束が印加された際に各超電導体１４，１７に発生するマイスナー効果により当該磁束の磁気シールド構造体本体１１内への侵入が阻止される。
【００２０】
磁気シールド構造体本体１１は筒形状とされており、図中上端部に上部開口部１９Ａを有すると共に図中下端部に下部開口部１９Ｂを有した構成とされている。この磁気シールド構造体本体１１は、複数（本実施形態では５個）の第１の超電導磁気シールド体１２Ａ〜１２Ｅを積み重ねた構成とされている。
【００２１】
よって、各第１の超電導磁気シールド体１２Ａ〜１２Ｅの積み重ね位置には、接合部２０Ａ〜２０Ｄが形成されている。この各接合部２０Ａ〜２０Ｄには、必然的に若干の隙間が発生する。
【００２２】
各超電導磁気シールド体１２Ａ〜１２Ｅは、第１の筒状基材１３と第１の超電導体１４とにより構成されている。また本実施形態では、各超電導磁気シールド体１２Ａ〜１２Ｅは同一構成とされている。
【００２３】
第１の筒状基材１３は製造時に第１の超電導体１４が変質しない材料（ニッケル，セラミック等）により形成されており、筒形状を有している。本実施形態では高透磁材料としてニッケルを用いているが、高透磁材料はこれに限定されるものではなく極低温に耐えうるニッケル系のパーマロイ，インコネル（登録商標）等を用いることも可能である。
【００２４】
第１の超電導体１４は、第１の筒状基材１３の内側に膜形成されている。なお、第１の筒状基材１３に対する第１の超電導体１４の形成位置は、内側に限定されるものではなく、外側に形成しても、また内側及び外側の双方に形成する構成としてもよい。この第１の超電導体１４としてはBi2223等を用いることができる。
【００２５】
また、第１の超電導体１４の厚さは、例えば300μｍ〜900μｍとされている。この第１の超電導体１４は、個々の第１の超電導磁気シールド体１２Ａ〜１２Ｅ内において一体で均一の厚さで形成されている。
【００２６】
上記のように、本実施形態では磁気シールド構造体本体１１を分割して複数の第１の超電導磁気シールド体１２Ａ〜１２Ｅを積み重ねた構成としているため、個々の第１の超電導磁気シールド体１２Ａ〜１２Ｅの製造は、磁気シールド構造体本体を一体物として形成する構成に比べて容易である。このため、本実施形態のように磁気シールド構造体本体１１を分割して複数の第１の超電導磁気シールド体１２Ａ〜１２Ｅにより構成することにより、製造時間の短縮を図ることができると共にコスト低減を図ることができる。
【００２７】
また、仮に一つの第１の超電導磁気シールド体に不良が発生しても、複数の磁気シールド構造体本体１１全体を廃棄する必要はなく、不良品である一つの第１の超電導磁気シールド体のみを交換すればよく、製造リスクの低減を図ることができる。
【００２８】
しかしながら、単に複数の第１の超電導磁気シールド体１２Ａ〜１２Ｅを積み重ねた構成では、接合部２０Ａ〜２０Ｄから外部磁場（地磁気等）の磁束が侵入するおそれがある。第２の超電導磁気シールド体１５Ａ〜１５Ｄは、この接合部２０Ａ〜２０Ｄから外部磁場の磁束が侵入するのを防止するために設けられている。
【００２９】
第２の超電導磁気シールド体１５Ａ〜１５Ｄは、各第１の超電導磁気シールド体１２Ａ〜１２Ｅの突合せ位置である接合部２０Ａ〜２０Ｄをシールドするよう磁気シールド構造体本体１１の外側に配設される。具体的には、第２の超電導磁気シールド体１５Ａは接合部２０Ａの外周を覆うように配設され、同様に他の第２の超電導磁気シールド体１５Ｂ〜１５Ｄも対応する各接合部２０Ｂ〜２０Ｄの外周を覆うように配設される。
【００３０】
この各第２の超電導磁気シールド体１５Ａ〜１５Ｄは、第２の筒状基材１６と第２の超電導材１７とにより構成されている。
【００３１】
第２の筒状基材１６は製造時に超電導体１７が変質しない材料（ニッケル，セラミック等）により形成されており、磁気シールド構造体本体１１を囲繞しうる筒形状とされている。本実施形態では、第２の筒状基材１６の材質として、前記した第１の超電導体１４と同様にニッケルを用いている。しかしながら、極低温に耐えうるニッケル系のパーマロイ，インコネル（登録商標）等を用いることも可能である。
【００３２】
第２の超電導材１７は、第２の筒状基材１６の内側に膜形成されている。なお、第２の筒状基材１６に対する第２の超電導材１７の形成位置は、内側に限定されるものではなく、外側に形成しても、また内側及び外側の双方に形成する構成としてもよい。
【００３３】
この第２の超電導材１７としてはBi2223等を用いることができる。また、第２の超電導材１７の厚さは、例えば300μｍ〜900μｍとされている。この第２の超電導材１７は、個々の第２の超電導磁気シールド体１５Ａ〜１５Ｄ内において一体で均一の厚さで形成されている。
【００３４】
更に、第２の超電導磁気シールド体１５Ａ〜１５Ｄの軸方向（図中の上下方向）の長さL1は、接合部２０Ａ〜２０Ｄに形成される隙間の距離をL2とした場合、L1>2×L2となるよう設定されている。この構成とすることにより、外部磁場の磁束が接合部２０Ａ〜２０Ｄを介して磁気シールド構造体本体１１内に侵入することを確実に防止することができる。
【００３５】
ここで、磁気シールド構造体本体１１の両端開口部１９Ａ，１９Ｂの近傍に位置する第２の超電導シールド体１５Ａ，１５Ｄに注目し、以下説明する。
【００３６】
前記したように、超電導磁気シールド構造体１０Ａに侵入する外部磁場の磁束密度は開口部１９Ａ，１９Ｂが最も強く、この開口部１９Ａ，１９Ｂから中央に向かうにつれて指数関数的に減少する。一方、外部磁場に対するシールド効果は、超電導体の厚さを厚くするほど大きくなる。
【００３７】
このため、超電導磁気シールド構造体１０Ａの開口部１９Ａ，１９Ｂにおいては超電導体の膜厚を厚く形成し、中央においては超電導体の膜厚を薄く形成することにより、シールド効果を損なうことなく超電導体の使用量を低減することができる。
【００３８】
本実施形態に係る超電導磁気シールド構造体１０Ａは、磁気シールド構造体本体１１の各開口部１９Ａ，１９Ｂの近傍に位置する第２の超電導磁気シールド体１５Ａ，１５Ｄを、開口部１９Ａ，１９Ｂまで延出させた構成としたことを特徴としている。
【００３９】
具体的には、第２の超電導磁気シールド体１５Ａは接合部２０Ａをシールドすると共に、その上端部分は図中上方に延出して上部開口部１９Ａと面一となるよう構成されている。また、第２の超電導磁気シールド体１５Ｄは接合部２０Ｄをシールドすると共に、その下端部分は図中下方に延出して下部開口部１９Ｂと面一となるよう構成されている。
【００４０】
これにより、超電導磁気シールド構造体１０Ａの第２の超電導磁気シールド体１５Ａ，１５Ｂが配設された開口部１９Ａ，１９Ｂから接合部２０Ａ，２０Ｄ近傍までの範囲（以下、この範囲をシールド補強範囲という）においては、第１の超電導体１４と第２の超電導材１７が重なった状態（二重に配設された状態）となる。よって、シールド補強範囲における外部磁場からの磁束の磁気シールド効果は、第１の超電導磁気シールド体１２Ａ，１２Ｅのみによる磁気シールド効果に比べて増大する。
【００４１】
このシールド補強範囲における第１及び第２の超電導体１４，１７を合計した膜厚は、磁気シールドを行おうとする外部磁場の強さに対応して設定される。具体的には、第１及び第２の超電導体１４，１７を合計した膜厚は、少なくとも地磁気（0.03mT）以上の磁場遮蔽能力を確保しうる厚さに設定している。
【００４２】
これにより、本実施形態に係るスイッチ機構１０によれば、シールド補強範囲において外部磁場は確実に遮蔽され、外部磁場が超電導磁気シールド構造体１０Ａ内に配置された微弱磁場計測装置に影響を及ぼすことを防止することができる。
【００４３】
また本実施形態では、シールド補強範囲における実質的な超電導材の膜厚は、第１の超電導体１４と第２の超電導材１７が重なった状態となるため厚くなる。しかしながら、第１の超電導体１４の膜厚は第１の超電導磁気シールド体１２Ａ（第１の筒状基材１３）内において一体で均一の膜厚となっており、第２の超電導材１７の膜厚も第２の超電導磁気シールド体１５Ａ（第２の筒状基材１６）内において一体で均一の膜厚となっている。
【００４４】
よって、従来のように一つの筒状基材１３，１６内で超電導体１４，１７の膜厚を変化させる必要はなく、筒状基材１３，１６に超電導体１４，１７を容易に膜形成することができる。
【００４５】
なお、本実施形態ではシールド補強範囲を超電導磁気シールド構造体１０Ａの第２の超電導磁気シールド体１５Ａ，１５Ｂが配設された開口部１９Ａ，１９Ｂから接合部２０Ａ，２０Ｄ近傍までの範囲に設定したが、このシールド補強範囲はシールド（遮蔽）しようとする外部磁場の大きさにより変化するものである。即ち、外部磁場が大きい場合にはシールド補強範囲は長くなる。
【００４６】
よって、外部磁場の強さによってはシールド補強範囲が長くなり、これに伴い第１の超電導磁気シールド体１２Ａも長くなった場合には、一つの第１の超電導磁気シールド体１２Ａで二つの接合部２０Ａ，２０Ｂをシールドする構成となることも考えられる。
【００４７】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
【００４８】
図３は、本発明の第２実施形態である超電導磁気シールド構造体１０Ｂを示す断面図である。なお、第２実施形態である超電導磁気シールド構造体１０Ｂの外部形状は図１に示した第１実施形態の超電導磁気シールド構造体１０Ａと同一形状であるため、その図示は省略する。また、図３において先の第１実施形態の説明に用いた図１，２に記載された構成と対応する構成については、同一符号を付してその説明を省略するものとする。
【００４９】
前記した第１実施形態では、磁気シールド構造体本体１１を構成する複数の第１の超電導磁気シールド体１２Ａ〜１２Ｅにおいて、各々に形成された第１の超電導体１４を全て同じ膜厚とした。
【００５０】
これに対して本実施形態では、上部開口部１９Ａが形成される第１の超電導磁気シールド体１２Ａ及び下部開口部１９Ｂが形成される第１の超電導磁気シールド体１２Ｅに形成される膜厚を、これより中央に位置する他の第１の超電導磁気シールド体１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄに形成された第１の超電導体１４の膜厚に対し、厚く設定したことを特徴とする。
【００５１】
なお、以下の説明において、第１の超電導磁気シールド体１２Ａ，１２Ｅに形成された第１の超電導体１４を厚膜超電導体１４Ａといい、それより中央に位置する第１の超電導磁気シールド体１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄに形成された第１の超電導体１４を薄膜超電導体１４Ｂというものとする。また、薄膜超電導体１４Ｂの膜厚は、前記した第１実施形態における第１の超電導体１４と同一の膜厚である。
【００５２】
本実施形態では、中央に位置する第１の超電導磁気シールド体１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄの薄膜超電導体１４Ｂに比べ、開口部１９Ａ，１９Ｂに位置する第１の超電導磁気シールド体１２Ａ，１２Ｅの厚膜超電導体１４Ａの膜厚を厚くしている。このため、シールド補強範囲における超電導体の膜厚は、第１実施形態に比べて厚くなっている。よって、本実施形態に係る超電導磁気シールド構造体１０Ｂによれば、シールド補強範囲におけるシールド効果を第１実施形態に比べて更に高めることができる。
【００５３】
また、本実施形態においても第１の超電導磁気シールド体１２Ａ，１２Ｅ内における厚膜超電導体１４Ａは、一体で均一の厚さとされている。同様に、第１の超電導磁気シールド体１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ内における薄膜超電導体１４Ｂは一体で均一の厚さとされている。よって、各第１の超電導磁気シールド体１２Ａ〜１２Ｅの製造は容易に行うことができる。
【００５４】
なお、上記した実施形態では、開口部１９Ａ，１９Ｂを有する第１の超電導磁気シールド体１２Ａ，１２Ｅの厚膜超電導体１４Ａのみを他の第１の超電導磁気シールド体１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄの薄膜超電導体１４Ｂよりも厚く形成したが、第１の超電導磁気シールド体１２Ａから第１の超電導磁気シールド体１２Ｃに向け、また第１の超電導磁気シールド体１２Ｅから第１の超電導磁気シールド体１２Ｃに向けて漸次超電導体の膜厚を薄くする構成としてもよい。
【００５５】
次に、上記した第２実施形態の変形例について説明する。
【００５６】
図４及び図５は、第２実施形態の変形例に係る超電導磁気シールド構造体１０Ｃを示している。なお、図４及び図５において先の第１及び第２実施形態の説明に用いた図１〜３に記載された構成と対応する構成については、同一符号を付してその説明を省略するものとする。
【００５７】
本変形例に係る超電導磁気シールド構造体１０Ｃでは、磁気シールド構造体本体１１の各開口部１９Ａ，１９Ｂにおける磁気シールドを第１の超電導磁気シールド体１２Ａ，１２Ｅに形成した厚膜超電導体１４Ａによってのみ行う構成としたことを特徴とするものである。よって、第２の超電導磁気シールド体１５Ａ，１５Ｄの軸方向（図中の上下方向）の長さは、それより中央に位置する他の第２の超電導磁気シールド体１５Ｂ，１５Ｃの軸方向の長さと等しくなっている。
【００５８】
外部磁場が強い場合には、第２実施形態に係る超電導磁気シールド構造体１０Ｂのように第２の超電導磁気シールド体１５Ａ，１５Ｂを開口部１９Ａ，１９Ｂの位置まで延出させることにより確実な磁気シールド効果を得られる。
【００５９】
しかしながら、外部磁場が弱い場合には、第１の超電導磁気シールド体１２Ａに形成される厚膜超電導体１４Ａの膜厚を適宜選定することにより、第２の超電導磁気シールド体１５Ａ，１５Ｄの軸方向の長さを他の第２の超電導磁気シールド体１５Ｂ，１５Ｃと同一としたままで、外部磁場のシールドを行うことも可能である。
【００６０】
本実施形態に係る構成によれば、各第２の超電導磁気シールド体１５Ａ〜１５Ｄを同一構成とすることができるため、製造コストの低減を図ることができる。また、厚膜超電導体１４Ａは、第１の超電導磁気シールド体１２Ａ，１２Ｅ内において一体で均一の膜厚とされている。このため、厚膜超電導体１４Ａの膜厚を変化させたとしても、第１の超電導磁気シールド体１２Ａ，１２Ｅの製造コストが上昇するようなことはない。
【００６１】
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は上記した特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能なものである。
【００６２】
具体的には、上記した各実施形態では磁気シールド構造体本体１１を５個の第１の超電導磁気シールド体から構成すると共に４個の第２の超電導磁気シールド体を設けた構成例を挙げた。しかしながら、第１の超電導磁気シールド体及び第２の超電導磁気シールド体の数はこれに限定されるものではなく、適宜選定することが可能なものである。
【符号の説明】
【００６３】
１０Ａ〜１０Ｃ  超電導磁気シールド構造体
１１  磁気シールド構造体本体
１２Ａ〜１２Ｅ  第１の超電導磁気シールド体
１３  第１の筒状基材
１４  第１の超電導体
１４Ａ  厚膜超電導体
１４Ｂ  薄膜超電導体
１５Ａ〜１５Ｄ  第２の超電導磁気シールド体
１６  第２の筒状基材
１７  第２の超電導材
１９Ａ  上部開口部
１９Ｂ  下部開口部
２０Ａ〜２０Ｄ  接合部
【図１】
2013183076.tif 000003
【図２】
2013183076.tif 000004
【図３】
2013183076.tif 000005
【図４】
2013183076.tif 000006
【図５】
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